Стремление к овладению богатствами азиатского мира повлекло за собой многочисленные экспедиции и на севере. Их целью было открытие северо-западного и северо-восточного проходов в Тихий океан. Оказалось, что известные к тому времени материковые области простирались на север дальше, чем предполагалось ранее. Этими плаваниями невольно началось исследование Арктики.
Морские путешествия в век великих открытий и в последующие столетия позволили получить новые знания о размерах океанических пространств, а также составить более правильные представления о картине мира. К концу XVIII столетия значительная часть Мирового океана была известна, по крайней мере, ее горизонтальные масштабы. Но еще долгое время загадкой оставалось все, что скрывалось под морской поверхностью. Измерения глубин в открытом море почти не производились. Только Магеллан дважды пытался произвести лотом промеры глубины в Тихом океане, хотя и не достиг при этом дна.
Колумб во время своего путешествия в 1492 г. уже обратил внимание на направленное на запад течение в тропических водах, а в 1513 г. Понсе де Леон впервые обнаружил высокие скорости течения Гольфстрим. Некоторые руководства для плавания на парусных судах в это время уже содержали сведения о ветровых условиях в определенных морских районах.
От первых наблюдений до младенческих шагов научной океанография предстоял еще долгий путь. Только в 1650 г. немецкий географ Барнхардус Варениус в своей «Всеобщей географии» посвятил несколько глав вопросам океанографии и особо остановился на процессах перемещения водных масс. Также и Исаак Фоссиус, в вышедшем из печати в 1663 г. своем труде, уделил внимание морским течениям и различал уже два круговорота в Атлантическом океане. Наконец, Афанасиус Кирхерус в 1678 г. в Амстердаме опубликовал первые карты морских течений в Атлантике. Немного позднее — в 1688 г. — английский астроном Хэлли издал первую карту ветровых условий над Атлантическим океаном.
По имеющимся в настоящее время данным, исследования содержания соли в морской воде и местных различий в распределении солености были начаты Робертом Бойлем в 1673 г.
В конце XVII столетия Ньютон и другие ученые с различных точек зрения обсуждали проблему приливообразующих сил.
Во второй половине XVIII столетия исследование неизвестных морских районов получило новый импульс. Путешествия прежде всего были нацелены на исследования южных вод. Здесь было много неясного в вопросе о границах между сушей и морем. Все еще предполагали, что в Южном полушарии расположен большой континент. Джемс Кук во время трех продолжительных плаваний в Тихом океане в 1768 и 1769 гг. открыл много новых неизвестных ранее стран. Он был первым мореплавателем, который пересек параллель 60° ю. ш. и окончательно разрушил представление об обитаемой южной стране.
Аналогичная оживленная исследовательская деятельность отмечалась и в водах Крайнего Севера. Одной из крупнейших экспедиций, работавших там, была «Великая Северная Экспедиция», проходившая с 1733 по 1743 г. под руководством Витуса Беринга.
В русских исследованиях в арктических водах большую роль играл Михаил Ломоносов (1711–1765). Он обстоятельно занимался океанографическими работами в этих районах и видел перспективу своих исследований в создании Северного морского пути из Атлантического океана в Тихий. Однако покорить этот северо-восточный проход удалось только в 1878 и 1879 гг. шведскому полярному исследователю А. К. Норденшельду на «Веге». В настоящее время, благодаря современным ледоколам и точным знаниям метеорологических и океанологических условий, Северный морской путь систематически используется в летние месяцы.
Многочисленные экспедиции пытались найти морской путь из Атлантического океана в Тихий также и у северных берегов Америки. Значительные усилия для открытия северо-западного прохода были приложены прежде всего англичанами. После провозглашения независимости США особый интерес возник к поискам более короткой связи с Австралийским континентом. Однако только в 1903–1905 гг. Амундсену на «Гойе» удалось проплыть между канадскими островами к Тихому океану. Несмотря на трудные условия для мореплавания, северо-западный проход, возможно, приобретет значение для транспортировки нефти из вновь открытых нефтяных месторождений в Северной Аляске.
Экспедиции XVIII столетия, наконец, позволили точно определять местонахождение судов, так как к этому имелись необходимые технические и математические предпосылки. Если до того времени при определении широты на море ошибки в 4–5° были обычными, то с помощью изобретенного в 1731 г. англичанином Джоном Хэдли зеркального секстана стали точно измерять углы в море. В 1764 г. в результате разработки Джоном Хэррисоном соответствующего корабельного хронометра появилась возможность также и определять географическую долготу в море.
Однако к концу XVIII столетия накопленные научные знания по-прежнему ограничивались только поверхностью моря. Глубинные слои Мирового океана оставались неисследованными. Долгое время человек имел лишь смутное представление о толще моря. Многочисленные промеры глубины лотом производились только местами, в мелких прибрежных водах. В 1773 г. в северной Атлантике англичанину Фиппсу удался первый промер лотом на глубине свыше 1200 м. С середины XIX столетия, после того как были разработаны надлежащие лоты, можно говорить о глубинных промерах в прямом смысле этого слова. С помощью этих лотов с больших глубин могли также поднимать на поверхность пробы морского грунта. При ранее применявшихся лотах было очень трудно зафиксировать касание дна, так что иногда измерялась глубина в 15 тыс. м при фактической глубине лишь около 5 000 м. В 1840 г. в южной Атлантике Джемсу Кларку Россу удалось провести первые глубоководные промеры лотом, которые дали глубину в 4480 м. В 1968 г. была произведена проверка этих данных с помощью современной измерительной аппаратуры, и оказалось, что данные Росса были завышены на 450 м.
С изобретением термометра начались измерения температуры воды в море. В 1707 г. в Средиземном море граф Марсилли выполнил измерения температуры до глубины 195 м, а в 1749 г. эти измерения проводились уже до глубины 1630 м. Разумеется, только с разработкой глубоководного опрокидывающегося термометра в конце XIX столетия стали возможны достаточно точные измерения температуры на различных глубинах. Марсилли отбирал также пробы грунта и живых организмов, обитающих на морском дне. Для этого он сконструировал драгу, имеющую важное значение для морской биологии и геологии. Таким образом был создан первый прибор, специально предназначенный для океанографических исследований.
Глубинный лот Брука (1854 г.), сделавший возможным более точное определение глубины. При касании морского дна из держателя освобождалось просверленное пушечное ядро, благодаря чему поднимался облегченный лотлинь
Многочисленные экспедиции того времени позволили получить новые крупные результаты, что предопределило развитие более ясных представлений о явлениях в море, хотя о процессах, происходящих в глубоких слоях, по-прежнему было известно очень мало.
В 1786 г. появилась первая карта Гольфстрима, составленная Бенджамином Франклином, которая в поразительном соответствии с современными представлениями уподобляет течение реке в море и содержит даже ряд данных о его скорости. Эта карта основана на наблюдениях американских китобоев. Их опыт Франклин пытался также применить на курсирующих между Англией и Северной Америкой почтовых судах. С предложения Франклина определять течение Гольфстрим по систематическим измерениям температуры воды и начинаются первые шаги в установлении связи между океанографическими научными выводами и практикой мореплавания.
В XIX столетии различные страны направляли экспедиции в море. Вновь возобновились исследования полярных районов. Эти исследования часто сопровождались океанографическими наблюдениями. В это же время предпринимались многочисленные кругосветные плавания, которые наряду с научно-исследовательскими задачами преследовали также военные или торгово-политические цели.